一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线

摘要

本发明公开了一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板、第一馈线单元、第二馈线单元、驱动贴片单元和寄生贴片单元；金属反射地板和驱动贴片单元、驱动贴片单元和寄生贴片单元之间保持间距，形成空气层；第一馈线单元和第二馈线单元分别设有输入端口，两个输入端口通过金属柱与金属反射地板连接，通过调节金属柱高度从而调节输入端口与驱动贴片之间的耦合，改变天线的带宽；驱动贴片单元的驱动贴片上设有槽线，用于引入谐振模式拓展带宽和辐射零点；寄生贴片单元的寄生贴片上设有十字形槽线，用于调整带宽和辐射零点的位置；本发明无需额外滤波电路即实现滤波效果，具备高选择性辐射效率。

说明书

技术领域

本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线。

背景技术

滤波贴片天线因其具有高集成度，小型化，低损耗，低成本等特点被广泛应用到无线通信系统中。在以往的设计中，滤波贴片天线常常是通过将滤波器的最后一阶谐振器替换成辐射贴片来实现。然而，这种方法会带来较大的插入损耗，影响天线的辐射性能。通过不断的改进和研究，近年来无需额外滤波电路的滤波贴片天线设计方法被提出，如引入寄生贴片、刻蚀槽线、加载短路柱等方法。但其中大部分滤波贴片天线仅具有单极化特性，且由于其结构特点难以应用到双极化天线中。而双极化天线具有减小多径干扰和增大信道容量的优点，更具有应用前景和价值。

对现有技术进行调查了解，具体如下：

毛春旭等人在2016年提出一种多模谐振器馈电的双极化滤波贴片天线，通过多模谐振器对辐射贴片馈电，在拓展带宽的同时引入一个传输零点，提高选择性，但多模谐振器的使用会引入较大插入损耗，降低天线辐射效率。

薛泉教授等人在2018年提出一种加载上层寄生贴片，并引入多条从源端到辐射贴片的耦合路径来实现滤波效果的滤波贴片天线。由于耦合路径之间在通带两侧均具有180°相位差，因此可以引入左右两个传输零点，提高选择性，实现滤波效果，但该天线的增益较小，只有5.5dBi，仅为单极化特性。

车文荃教授等人在2019年提出了一种通过在矩形贴片表面刻蚀开口环形槽线以及在贴片下方加载U型微带线，实现宽带滤波效果的方法，但该天线在宽带方位内的方向图不稳定，仅能在单极化中应用。

总的来说，现有的工作中，有不少关于无需额外滤波电路的滤波贴片天线的研究，但是很多结构仅适合单极化，且有辐射效率低，增益低等缺点。因此，设计一款简单有效的高选择性辐射效率双极化滤波贴片天线具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线，整个天线结构简单，且无需额外滤波电路就可实现滤波效果，并具备高选择性的辐射效率。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板、第一馈线单元、第二馈线单元、驱动贴片单元、寄生贴片单元；所述金属反射地板和驱动贴片单元之间保持预设的间距，形成第一空气层；所述驱动贴片单元的驱动贴片上相邻两个角附近分别设有一组槽线，用于引入谐振模式拓展带宽，同时引入一处位于通带左侧的辐射零点，每组槽线包括U型槽线和L型槽线，所述L型槽线有两条位于U型槽线的开口内侧，其短边分别与U型槽线的两端连接；所述驱动贴片单元和寄生贴片单元之间保持预设的间距，形成第二空气层；所述寄生贴片单元的寄生贴片中心设有十字形槽线，通过调整该十字形槽线的长度和宽度，从而调节驱动贴片单元和寄生贴片单元之间的耦合，以改变带宽和辐射零点的位置；所述第一馈线单元和第二馈线单元设置在金属反射地板上，用于激励天线，每个馈线单元包括金属探针和金属柱，分别对应0°极化和90°极化，所述金属探针设有输入端口，所述金属柱的一端与输入端口连接，其另一端垂直向下安装在金属反射地板上，通过调节金属柱的高度从而调节输入端口与驱动贴片之间的耦合，以改变天线的带宽，同时输入端口对整个天线进行馈电。

进一步，所述驱动贴片单元包括第一介质板、第一覆铜层和驱动贴片；所述第一覆铜层设置在第一介质板的上表面，所述驱动贴片设置在第一覆铜层的上表面。

进一步，所述寄生贴片单元包括第二介质板、第二覆铜层和寄生贴片；所述第二覆铜层设置在第二介质板的上表面，所述寄生贴片设置在第二覆铜层的上表面。

进一步，所述金属反射地板为矩形铜片地板。

进一步，所述驱动贴片为矩形驱动贴片。

进一步，所述寄生贴片为矩形寄生贴片。

进一步，所述金属探针为铜片探针，所述金属柱为铜柱。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明无需额外滤波电路即可实现具有高选择性的滤波效果，且具备高选择性的辐射效率，同时保持双极化特性，具有减小多径干扰和增大信道容量的优点，具有应用前景和价值。

2、本发明结构简单、重量轻，同时加工成本低，具有良好的选择特性和经济适用性。

附图说明

图1为双极化滤波贴片天线的结构示意图。

图2为双极化滤波贴片天线的结构正视图。

图3为驱动贴片单元的结构示意图。

图4为寄生贴片单元的结构示意图。

图5为第一馈线单元和第二馈线单元的结构示意图。

图6为本发明的S参数仿真结果图。

图7为本发明的效率曲线的仿真结果图。

图8为本发明的中心频率的仿真方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图5所示，本实施例提供了一种具有高选择性辐射效率的双极化滤波贴片天线，包括从下至上依次设置的金属反射地板1、第一馈线单元4、第二馈线单元5、驱动贴片单元2和寄生贴片单元3；

所述金属反射地板1为矩形铜片地板，所述金属反射地板1和驱动贴片单元2之间保持预设的间距，形成第一空气层6；所述驱动贴片单元2包括第一介质板201、第一覆铜层202和驱动贴片203，所述第一覆铜层202设置在第一介质板201的上表面，所述驱动贴片203设置在第一覆铜层202的上表面，所述驱动贴片203上相邻两个角附近分别设有槽线2031、2032，用于引入谐振模式拓展带宽，同时引入一处位于通带左侧的辐射零点，每组槽线包括U型槽线和L型槽线，所述L型槽线有两条位于U型槽线的开口内侧，其短边分别与U型槽线的两端连接；

所述驱动贴片单元2和寄生贴片单元3之间保持预设的间距，形成第二空气层7；所述寄生贴片单元3包括第二介质板301、第二覆铜层302和寄生贴片303，所述第二覆铜层302设置在第二介质板301的上表面，所述寄生贴片303设置在第二覆铜层302的上表面，所述寄生贴片303中心设有十字形槽线3031，通过调整该十字形槽线3031的长度和宽度，从而调节驱动贴片单元2和寄生贴片单元3之间的耦合，以改变带宽和辐射零点的位置；

所述第一馈线单元4和第二馈线单元5设置在金属反射地板1上，用于激励天线，所述第一馈线单元4包括金属探针401和金属柱402，分别对应0°极化和90°极化，所述金属探针401上设有输入端口4011，所述金属柱402的一端与输入端口4011连接，其另一端垂直向下安装在金属反射地板1上，所述第二馈线单元5包括金属探针501和金属柱502，分别对应0°极化和90°极化，所述金属探针501上设有输入端口5011，所述金属柱502的一端与输入端口5011连接，其另一端垂直向下安装在金属反射地板1上，通过调节金属柱402、502的高度从而调节输入端口4011、5011与驱动贴片203之间的耦合，以改变天线的带宽，同时输入端口4011、5011对整个天线进行馈电；

其中，所述第一介质板201和第二介质板301的介电常数均为3.5，损耗角正切为0.0018，厚度均为0.45mm；所述第一空气层6的厚度为6.55mm，所述第二空气层7的厚度为2.5mm；所述驱动贴片203为矩形驱动贴片，其长宽均为128.75mm，所述驱动贴片203上的U型槽线每段长度为21mm、20mm、21mm，宽度为0.52mm，所述驱动贴片203上的L型槽线每段长度为8mm、19.56mm，宽度为0.52mm；所述寄生贴片303为矩形寄生贴片，其长宽均为104.1mm；所述寄生贴片上的十字形槽线3031长为70mm，宽为6.95mm；所述金属反射地板1为矩形铜片地板，其长宽均为320mm；所述金属探针401、501为铜片探针；所述金属柱402、502为铜柱，其高度均为1.5mm。

参见图6所示，为本发明的S参数仿真结果。可以看出，本发明反射系数小于-14dB的频率范围为0.975GHz-1.03GHz，相对带宽超过了5％；在0.975GHz-1.03GHz的频率范围内，隔离度优于12dB。

参见图7所示，为本发明的效率曲线的仿真结果。可以看出，在0.98GHz-1.02GHz的频率范围内，本发明的辐射效率较高，保持在-1.24dB以上，且在中心频率1GHz处效率达到-0.26dB；本发明的增益在中心频率1GHz处达到9.67dBi；在0.97GHz和1.035GHz处具有两个辐射零点，极大地提高了选择性。

参见图8所示，为本发明的的中心频率的仿真方向图。可以看出，本发明在中心频率的方向图为边射特性，且E面的半功率波束宽度为53.7°，H面的半功率波束宽度为66.9°，其交叉极化水平为-14dB。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。